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de:intern:projekte:grundwasser_stadtwerke_luebeck

Auswertung Isotope: Beprobung verschiedene Filterstellungen

Am 21.6.2016 wurde der Brunnen VII der Stadtwerke Lübeck am Standort Harmsdorf beprobt. Zu vier verschiedenen Zeitpunkten wurden nach dem anfahren der Brunnenpumpe Proben zur Analyse der stabilen Isotope $^{18}O$ und $^{2}H$ entnommen. Proben wurden aus den Filtern F1 und F2 sowie dem Brunnen VII entnommen. Im Isotopenlabor des Labors für Hydrologie und Wasserwirtschaft der Fachhochschule Lübeck wurden die Proben gemessen. Jede Probe wurde zweifach gemessen. Die relativen Isotopengehalte werden in Promille bezogen auf den internationalen Standard VSMOW angegeben. Die Normalisierung der Messung erfolgte anhand von Laborstandards, die gegen den Standard SLAP2 eingemessen wurden, so dass SLAP2 einen Wert von $\delta^{18}O =-55,5$ und $\delta^{2}H =-427,5$ aufweist.

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Mit einer einfachen Mischungsrechnung soll festgestellt werden, ob das geförderte Wasser aus dem Brunnen VII eine Mischung aus den Filtern F1 und F2 ist. Für die Berechnung wurde angenommen, dass der Anteil des Filters F1 am Mischwasser des Brunnen VII $X$ ist. Das Mischverhältnis ergibt sich für die konservativen Isotopenwerte zu: $\delta_{VII}=\delta_{F1}*X+\delta_{F2}*(1-X)$.

Zunächst werden die Messung in einem Diagramm gegen die globale Niederschlagsgerade (GMWL) aufgetragen. Die GMWL folgt der Funktion: $\delta^{2}H=8*\delta^{18}O+10$.

<figure IsotopeGw> Isotope im Grundwasser

Isotope im Grundwasser von Lübeck

</figure>

Die Werte liegen zum Großteil leicht oberhalb der GMWL. Dies kann zum einen durch Gasaustausch des Wassers mit H2S, CH4 oder CO2, welches im Boden produziert wird begründet werden. Andererseits sind die Abweichungen gering, so dass auch eine gegenüber der GMWL leicht verschobene lokale Niederschlagsgerade als Ursache in Frage kommen könnte. Die verschiedenen Wässer zeigen aber über alle Proben eine jeweils typische Isotopensignatur auf, so dass sich drei Wässer deutlich unterscheiden lassen.

Das Wasser aus der Filterstellung F1 ist isotopisch am schwersten. Am leichtesten ist das Wasser aus der Filterstellung F2. Das Wasser aus dem Brunnen VII liegt zwischen beiden Extremen.

Die Mischungsrechnung ergibt, dass eine Mischung aus dem Wasser F1 mit 33,9% und dem Wasser aus F2 mit 66,1% dem Brunnen VII bezogen auf das Isotop $^{2}H$ entspricht. Für das Isotop $^{18}O$ ergeben sich sehr ähnliche Mischanteile. Das Mischwasser des Brunnens VII müsste zu 37,2% aus F1-Wasser und 62,8% aus F2-Wasser bestehen.

Mischungsrechnung+Ergebnisse

Auswertung Vor-Ort-Parameter: Messung verschiedener Filterstellungen

Neben der Probenahme zu verschiedenen Zeitpunkten wurden kontinuierlich an den Filtern F1 und F2 sowie am Brunnen VII Vor-Ort-Parameter gemessen. An allen Stellen wurde kontinuierlich der Sauerstoffgehalt aufgezeichnet. Die Sauerstoffwerte der Sonden an den Filterstellung F1 und F2 zeigten gute Übereinstimmung im gleichen Medium (ein Quelltopf). Die Sonde am Brunnen VII musste anhand von Vergleichsmessungen mit der Sonde von F1 normalisiert werden. Am Brunnen VII und dem Filter F2 wurde zudem das Redoxpotential gemessen. Am Brunnen VII wurde mit einer Sonde aus dem Labor Hydrologie der FH-Lübeck das Redoxpotential bezogen auf die Wasserstoffnormalelektrode notiert. An der Filterstellung F2 wurde eine Sonde der Stadtwerke Lübeck verwendet, das Bezugsystem der Sonde ist nicht bekannt. Daher kann der Verlauf des Redoxpotential nur qualitativ interpretiert werden.

Eine Mischungsrechnung auf Grundlage des Sauerstoffgehaltes war nicht möglich. An den Filtern F1 und F2 wurden durchgehend Konzentrationen um 0,2 mg/l gemessen, bei einer Messgenauigkeit von 0,1mg/l. Am Brunnen VII wurde, nach Normalisierung der Messung, ein Gehalt von 0,0 bis 0,1 mg/l gemessen. Eine Mischung wäre auf Grundlage dieser Werte nicht möglich. Da Sauerstoff auf der Strecke verbraucht werden kann und Sauerstoffeintritt über die Filter in das beprobte Wasser im Zeitraum vor der Messung möglich ist, kann keine Aussage getroffen werden.

Bzgl. des Redoxpotentials wurde an beiden Messstellen zu Begin des Versuches ein schnell abnehmendes Redoxpotential, in den ersten halben Stunde am Brunnen VII und in den ersten 15 Minuten am Filter F2, gemessen. Nach dem Abfall auf einen Wert von 97 mV (SHE, entspricht pε=1,64) am Brunnen VII stieg der Wert langsam wieder auf etwa 110 mV (SHE, entspricht pε=1,86) zum Ende des Versuches in einer Stunde an. Am Filter F2 wurde auch nach den ersten 15 Min ein kontinuierlich sinkendes Redoxpotential gemessen. Die Änderung war aber in 1,5h war um 1/8 kleiner als in den ersten 15 Min.

Am Brunnen VII stieg das Redoxpotential nach der ersten halben Stunde an, d.h. das Wasser wurde zunehmend oxidierender. Am Filter F2 sank das Redoxpotential, d.h. das Wasser wurde zunehmend reduzierender.

Die Verläufe legen die Vermutung nahe, dass nach Ende des Versuches noch kein stationäres Mischungsverhältnis am Brunnen VII enstanden war. Wenn man davon ausgeht, dass sich eine Mischung aus den Filterstellungen F1 und F2 am Brunnen VII gefördert wird, müsste das Wasser aus der Filterstellung F1 gegenüber dem Wassser aus der Filterstellung F2 oxidierend wirken.

(Für das Redoxpotential gemessen am Brunnen VII bezogen auf die Standardwasserstoffelektrode kann festgestellt werden, dass Bedingungen vorliegen, die hinreichen EisenII zu EisenIII zu oxidieren.)

Auswertung-Vor-Ort-Paramter

de/intern/projekte/grundwasser_stadtwerke_luebeck.txt · Zuletzt geändert: 2020/08/01 15:15 (Externe Bearbeitung)